球化不良產生的諸多原因及解決措施

■ 楊群收，谷常偉

在20世紀六七十年代，生產球墨鑄鐵主要是使用沖天爐，由于焦炭質量差（塊度大、密度低、固定碳含量低、含硫量高），鐵液溫度低，使用的球化劑制備的方式不完善，以及生鐵的含硫、磷量高等，所以生產出的球墨鑄鐵的質量較差，球化質量不穩(wěn)定。現(xiàn)在生產球墨鑄鐵大都是用電爐熔煉，爐溫的高低容易控制，生鐵等原材料的質量好，球化劑的種類多且質量好，因此球墨鑄鐵的質量也比較容易控制。但是球化不良仍是球墨鑄鐵生產中的主要缺陷之一。

球化不良表現(xiàn)在鑄件斷口上（一般多觀察澆冒口斷口），有大塊黑斑或明顯可見的小黑點，敲擊鑄件發(fā)出的聲音不清脆，金相顯微組織上有較多的厚片狀石墨，有少量球狀、團狀石墨，或枝晶石墨（有時球化不良在金相上還有一個特征，即在厚片狀石墨叢中，個別球狀石墨反而還很圓整）。

在實際生產過程中，產生球化不良的因素很多，有技術上的問題、有操作上的問題、也有管理上的問題。

1. 球化劑質量差

球化劑中Mg、RE含量經化驗雖達到質量要求，但因熔煉技術不佳，含MgO較高（球化劑中含MgO＞1%，對球化質量就可能有影響），MgO對提高球化質量幾乎沒有作用，反而使球墨鑄鐵易產生夾渣缺陷。球化劑里含Ca等元素少，球化處理時反應激烈，Mg燒損較多。

防止措施：不使用質量差的球化劑（要對供應商、生產廠家進行考察，先少量購進，試用后再批量購買）。球化劑放置時間過長，易受潮氧化。

2. 爐前球化處理操作不當

球化劑倒入澆包堤壩凹坑后，未攤平拍實，表面覆蓋物少，或覆蓋層薄，或未填滿球化劑塊縫隙，沖入鐵液后，不僅外露球化劑馬上熔化反應，同時鐵液大量進入球化劑塊縫隙里，直接熔化球化劑，或把球化劑沖起漂浮于鐵液表面，反應過早過快，Mg燒損較多。

防止措施：把倒入包底凹坑里的球化劑攤平、適當舂實，再把上面覆蓋的孕育硅鐵攤平并適當舂實，表面覆蓋適量的球墨鑄鐵屑（舂實）或一定厚度的球墨鑄鐵板。這樣不僅把球化劑的縫隙填滿，且有一定厚度覆蓋層。

3. 原鐵液含硫量高

硫是主要反球化元素，含硫量高會嚴重影響球化質量，當原鐵液中的wS＞0.06%時，即便是加入較多的球化劑，也很難得到質量合格的球墨鑄鐵。在球化處理過程中，球化劑中的Mg，首先與鐵液中的S起化學反應，生成MgS熔渣，剩余的Mg才起到球化作用，RE同樣如此。由于球化元素少，所以影響了球化質量。鐵液含硫量高，即便加入大量的球化劑，如果澆注時間過長，扒渣不凈，還會發(fā)生“返硫”現(xiàn)象，影響澆注到后期的鑄件質量。原鐵液中硫的主要來源是：使用了含硫量高的焦炭或新生鐵。

防止措施：使用含硫量低的生鐵及回爐料和焦炭；掌握好球化劑加入量與原鐵液含硫量的關系；爐前及球化處理過程中采取脫硫措施（往焦炭上噴灑石灰水，電爐脫硫較為容易，球化包內加入碳酸鈉或氫氧化鈉）。

隨爐料代入的球化干擾元素過高，如Ti、Sb、As、Pb、Al、Sn等。稀土元素雖有一定的消弱或抵消反球化干擾元素的能力，但鐵液中含干擾元素太多，仍會惡化石墨球形狀（畸形石墨），即便球化，球墨鑄鐵材質的物理性能也會趨向很脆。因此，在生產QT400-18以及抗低溫球墨鑄鐵時，要選用高純生鐵。

4. 接鐵液澆包放置不當

出鐵時鐵液直接沖到壓在凹坑里的球化劑上，不僅把覆蓋物沖跑，而且使球化劑塊直接受到高溫鐵液的沖擊，或過早熔化激烈反應，或迅速漂浮至鐵液表面，并在鐵液表面熔化燒損被空氣吸收，減低了鐵液對Mg的吸收率。

防止措施：放置好澆包的位置，避免鐵液直接沖擊到球化劑上，讓鐵液平穩(wěn)、快速地淹沒球化劑并瞬時達到一定的深度，延長球化劑上浮的路程，便于球化劑充分被鐵液吸收。

5. 開始出鐵液慢

如果開始出鐵液過于緩慢，液面在包內上升的速度慢，當鐵液淹沒球化劑后，表層部分球化劑就開始熔化反應，并接著上浮，由于球化劑表面與鐵液表面距離短，球化劑沒來得及熔化就大量漂浮于鐵液表面，Mg在鐵液表面熔化燒損被空氣吸收而損耗掉，降低了鐵液對Mg的吸收率。

防止措施：對于沖天爐來講，前爐缸內要存有充分的鐵液，出鐵前首先把堵塞出鐵口周圍的泥巴鏟凈，出鐵時快速打開出鐵口 ，讓鐵液很快達到澆包容量深度的2/3，此時的球化反應，由于球化劑表面距液面距離大，球化劑在鐵液里上浮時經過的路程長，球化劑邊上浮、邊熔化，同時被鐵液充分吸收，球化劑中的球化元素Mg的吸收率高，球墨鑄鐵質量好。電爐出鐵更為方便，開始快速出爐，當反應劇烈時慢速出鐵或停止出鐵，在反應平穩(wěn)時繼續(xù)出鐵至要求量，如果反應平穩(wěn)，盡可能先快后慢（中間不停）一次出完。

6. 裝加球化劑過早或堤壩凹坑內鐵液未倒凈

澆注后，紅熱的澆包底部溫度高于900℃，如果馬上裝球化劑，Mg、RE在高溫的烘烤下?lián)p耗一部分（有冒煙現(xiàn)象）；若堤壩凹坑內鐵液未倒凈，Mg的損耗更多；另外，過熱的預熱溫度也會促使球化劑過早熔化。

防止措施：讓澆包冷卻降溫一段時間，在出鐵液之前裝球化劑。另外，澆注后及時把澆包內剩余的鐵液倒干凈，并把包內的熔渣扒干凈。

7. 球化鐵液溫度過低

球化鐵液溫度低于1390℃時，球化劑不易熔化，球化反應不完全，球化級別難以達到要求。球化劑在上浮過程中，由于鐵液溫度低，不能迅速地把球化劑熔化吸收，致使球化劑上浮到鐵液液面熔化燃燒。

8. 球化鐵液溫度過高

球化鐵液溫度過高，覆蓋劑以及球化劑熔化速度過快，由于純Mg的密度為1.74g/cm3，熔點651℃，沸點1105℃，即便是由于Mg與Si化合提高了球化劑的熔點，但也低于1400℃，更何況球化溫度常在1490~1520℃，有的可能會更高一些。根據鑄件的大小和鑄件壁的厚薄，確實需要提高球化溫度時，也要采取相對“低溫處理高溫澆注”的措施。另外，鐵液溫度過高，鐵液往往氧化嚴重，由于Mg、RE易與氧化物產生化合反應，高溫會使Mg、 RE大量損耗和蒸發(fā)，降低了吸收率。

9. 球化劑塊度小、碎末多

當球化劑塊度碎小、碎末多時，雖然球化處理方法一樣，但由于球化劑塊之間沒有空隙，熔化反應只能是剝皮式地緩慢逐層進行，若按同樣的步驟去澆注，可能會出現(xiàn)前幾箱球化不良，后幾箱球化尚好的現(xiàn)象。

防止措施：根據鐵液包的大小即球化處理鐵液的多少，來選擇球化劑塊度的大小。碎末過多時需要過篩處理。如果球化反應過慢，可用鋼釬穿過鐵液搗幾下所裝的球化劑，讓鐵液鉆入球化劑縫隙里，以便加快球化反應。

10. 球化劑塊度過大

球化劑塊度過大，在邊上浮邊熔化過程中，沒有及時地被鐵液吸收，而是漂浮到鐵液表面熔化燃燒，散發(fā)到空氣中而浪費掉。

球化劑塊度的選擇，是根據澆包的大小即球化鐵液的多少而確定的。

11. 球化劑加入量少

球化劑加入量的多少與材質的要求、鐵液的含硫量、鐵液質量、球化處理溫度及鑄件大小等因素有關。球化劑加入量少有兩個原因：一是設計要求加入量本身就少；二是出鐵液量沒有控制好，出的鐵液量超過要求。

12. 鐵液氧化

鐵液氧化后含氧量高，由于O與Mg的親和能力很強，球化劑中的有效球化元素Mg，首先與O化合產生MgO熔渣，剩余的Mg才起到石墨的球化作用。由于氧損耗了大量的Mg，剩余的Mg不足以保證石墨呈球狀的量，所以球化級別低，球化質量差。

防止措施：注意沖天爐低焦（炭）高度，防止鐵液氧化；電爐熔化時，不要使用過于氧化的爐料，防止鐵液溫度過高或高溫長時間保溫，特別是10t大爐熔化鐵液，每次球化處理1t，當球化處理后幾包時，由于鐵液在爐內停留時間長，不但鐵液缺少“晶核”，且易氧化。在球化處理后幾包時，先在爐內進行“預處理”，添加適量的碳化硅、脫氧劑、增碳劑、硅鐵等進行脫氧處理，并適當多加一些球化劑。

13. 包的深徑比及包坑

（1）球化包的深度H與直徑D的比例為：H/D＝1.5~2。如果用球化包處理半包，則違背高徑比的初衷。

（2）球化包的包坑深度，在裝入球化劑和覆蓋劑后應尚余20~30mm，鐵液進入包坑與覆蓋劑熔融成半固態(tài)物質，延緩球化劑過早爆發(fā)，可以提高Mg的收得率。

（3）包底凹坑的寬度，以包底直徑的1/4~1/3為好，投影面積小的凹坑增加了深度，有利于球化劑延緩爆發(fā)。

（4）澆注完畢后及時清理包內的熔渣，使每包球化劑裝入凹坑的情況相同。

14. 因澆注時間過長等原因而產生的球化衰退

球化衰退的特征是：爐前球化良好，但在鑄件上球化不好；或者同一包鐵液，先澆注的鑄件球化良好，后澆注的鑄件球化情況不好。澆注時間過長產生的球化衰退往往還和孕育衰退并存。保證石墨呈球狀化Mg殘量的多少，決定了鐵液的球化質量。Mg與O、S的親和能力很強，Mg與O結合生成MgO而燃燒掉。特別是S，當S與Mg結合生成MgS熔渣后漂浮到液面，熔渣中的Mg又與空氣中的O結合生成MgO而燃燒掉，而分離出的S又返回鐵液并與Mg結合，鐵液中的S像小船一樣，不停的把鐵液中Mg帶到空氣中燃燒掉，這就是“返硫現(xiàn)象”。隨著澆注時間的延長，鐵液中Mg的殘留量越來越少。有資料介紹，澆注時間每延長1min，鐵液中Mg的燒損為0.004%。

防止措施：如果因故延長澆注時間，可以覆蓋適當厚度的保溫劑，減少鐵液與空氣接觸，減少鐵液中Mg的燒損量。另外，還應采取適當的隨流孕育措施，把已經長大并呈畸形（長大后為片狀石墨）的石墨分解或截斷，使其形狀趨于團球狀。

15. 孕育衰退

通過金相分析可以看到，孕育衰退的金相照片里，石墨球數量少，球徑大，密度稀，球化級別低，通常鐵素體含量少，珠光體含量增高，并且有碳化物的存在。孕育衰退產生的原因是：孕育劑加入量少，或孕育工藝不完善。 由于鎂的存在是球化的必要條件，而孕育中的元素，是參與石墨化的充分條件，因此只講球化處理而不重視孕育處理，是做不成高質量的球墨鑄鐵的。

防止措施：提高孕育劑的加入量；使用含鋇、鈣的長效孕育劑；采取二次孕育、浮硅孕育、隨流孕育的復合孕育措施。

16. 球化包或澆包潮濕

球化處理沖入鐵液時，水經汽化分解產生出氫氣和氧氣，O會中和掉球化劑中的部分Mg，變成了MgO熔渣，不僅降低了鐵液中的含鎂量，還容易使鑄件產生渣孔及氣孔缺陷。

17. 現(xiàn)場管理

球化劑的管理和堆放不規(guī)范，可能會混入硅鐵等；球化劑的重量稱量不準。另外，球化劑存放時間過長且保管不好，球化劑氧化，都會消弱球化作用，影響球化質量。

18. 結語

在日常工作中，用心工作和不用心工作，付出的辛苦和力氣差不多，但是對于提高、穩(wěn)定產品質量，對提高操作工人自身的技術水平，卻有很大的差異。

以上是我們長期在車間從事球墨鑄鐵生產的經驗贅述，僅供同行“鑄友 ”參考。